Сравнение квантовых вычислений с ЯМР: затвор против последовательности импульсов | Легенда кванто... скачать в хорошем качестве

Сравнение квантовых вычислений с ЯМР: затвор против последовательности импульсов | Легенда кванто...

#квантовыевычисления #квантоваяфизика #НМР #gate #pulse Недавно я нашёл очень экономичный метод понимания квантовых вычислений, в частности, того, как и почему некоторые острые вопросы обсуждались в традиционных СМИ и в интернете. Это своего рода кратчайший путь для многих. 4. Знаете ли вы, что первый квантовый компьютер был построен на коммерческом импульсном ЯМР-спектрометре? В 1998 году Чуан и др. опубликовали статью, в которой два связанных спин-спиновых ядра, а именно протон и углерод-13, использовались в качестве двух кубитов для выполнения квантового поиска Гровера. 5. Почему же тогда был выбран коммерческий ЯМР-спектрометр, а не другие самодельные кубитовые устройства? Я задался этим вопросом. Оказалось, что почти все основные идеи и методы создания квантовых компьютеров берут начало в ранних исследованиях ядерного магнитного резонанса и электронного спинового резонанса, известных как ЯМР и ЭПР. 6. В простом эксперименте с импульсным ЯМР можно использовать импульс для создания начального квантового состояния, а затем использовать другой импульс для обнаружения зависящих от времени сигналов, таких как эхо Хана. После преобразования Фурье получается спектр. 7. Кроме того, можно добавить один или несколько импульсов между начальным и конечным квантовыми состояниями. Таким образом, создаётся квантовый когерентный путь до того, как когерентность исчезнет. Звучит знакомо? 8. Именно этим исследователи и занимаются при разработке квантовых компьютеров, а именно, создают, тестируют и реализуют сэндвич с несколькими логическими вентилями, основанными на различных алгоритмах, где каждый логический вентиль может быть представлен импульсом из последовательности импульсов. 9. Например, в статье Чуанга и др. 1998 года вентиль Уолша-Адамара, который вращает каждый квантовый бит, или кубит, для достижения однородного суперпозиционного состояния. 10. Где вентиль Адамара достигается применением нескольких полупи-импульсов в определенной последовательности. В общем случае вентиль Адамара может потребовать комбинации импульсов π/2 и π с определенными фазами, в то время как CNOT (контролируемое не) может включать последовательность импульсов, подаваемых на кубиты посредством их запутывания. 11. Как видите, каждый вентиль можно обозначить матрицей. Возможно, вы знаете, что каждый оператор в квантовой механике можно записать в виде матрицы, используя собственные состояния гамильтониана в качестве базиса. 12. Если вы изучали линейную алгебру, то можете понять, что новое квантовое состояние можно получить, умножив начальное состояние на матрицу. В данном случае для демонстрации алгоритма Гровера для быстрого квантового поиска были использованы 3 матрицы. 13. Кроме того, эффективный гамильтониан используется для представления полной энергии в исследованиях квантовых вычислений, хотя некоторые термины и параметры вводятся феноменологически для инструментальных переменных, характеризующих кубиты. 14. Возможность выразить любой квантовый вентиль в виде последовательности импульсов обусловлена ​​тем, что квантовая эволюция подчиняется уравнению Шредингера, а импульсы управляют зависящим от времени гамильтонианом. 15. Тем не менее, существуют некоторые существенные различия между импульсным ЯМР и квантовыми вычислениями в достижении их собственных целей. Конечная цель импульсного ЯМР — улучшить качество спектра ЯМР, в котором каждый пик связан с резонансным переходом между двумя квантовыми состояниями, фотон либо поглощается, либо испускается. В результате детектирование, или считывание, всегда направлено на облегчение изменения квантовых состояний. 16. Напротив, главной целью квантовых вычислений является сохранение когерентных квантовых состояний. Поэтому резонансное поглощение и испускание всеми способами избегаются во время считывания. 17. Именно поэтому считывающий импульс, используемый в квантовых вычислениях, разработан как дисперсионный, то есть регистрируется только изменение фазы. В квантовой электродинамике (КЭД) регистрируются как синфазные, так и квадратурные компоненты сигнала, обозначенные как I и Q соответственно, для визуализации квантовых битов, или состояний 0 и 1, как показано на этой диаграмме, до того, как он исчезнет. 18. Короче говоря, все импульсы, используемые для построения квантовых вентилей, находятся в резонансе, то есть оба энергетических уровня заняты спинами или квазичастицами, но считывающий импульс в квантовых вычислениях обычно находится вне резонанса. Такое расстроенное считывание называется квантовым неразрушением (КН). 19. Конечно, с 1998 года для генерации долгоживущей квантовой когерентности, или квантовых битов, использовалось множество устройств, не использующих ЯМР, но принципы манипулирования кубитами, основанные на различных квантовых алгоритмах, практически одинаковы. 21. Если вы сможете найти хороший учебник по ЯМР и, естественно, посмотрите этот канал Yong Tuition, то вы сможете понять многие темы исследований по квантовым вычислениям и те замысловатые формулиро...